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1

Studio della vegetazione acquatica e spondale tramite

telerilevamento

• Mariano Bresciani, Claudia Giardino• CNR-IREA, Milano

Quadro conoscitivo da dati ottici telerilevati nell’ambito del Progetto OSTRA

Indice della Presentazione

Studio della vegetazione acquatica e spondale tramite telerilevamento 2

I d iIntroduzione

Contestualizzazione della ricerca nel progetto Osservatorio del Lago Trasimeno

Risultati sull’analisi dell’Uso del Suolo

Studio della vegetazione a cannetoStudio della vegetazione a canneto

Studio delle macrofite acquatiche

Utilizzo dell’immagine iperspettrale MIVIS

Considerazioni generaliConsiderazioni generali

Prospettive future

3

Introduzione

Studio della vegetazione acquatica e spondale tramite telerilevamento

L’analisi della rispostapspettrale delle superficipermette la loro distinzione epuò fornire informazioni sullostato di salute.

Il comportamento spettrale dellavegetazione dipende principalmente davegetazione dipende principalmente dadue fattori:

•le caratteristiche chimico/fisiche dellefoglie e delle altre componenti della piantag p p

•l’aggregazione dei singoli elementi (foglie,rami) e la struttura complessiva dellapianta (canopy)

VIS NIR SWIR

4Studio della vegetazione acquatica e spondale tramite telerilevamento

Progetto OSTRA

• Monitoraggio della qualità delle acque da dati telerilevati

Caratterizzazione ottica delle acque del lago Qualità delle acqueda Telerilevamento

Media risoluzione(es. TM)

Alta risoluzione(es. MIVIS)

Media risoluzione(es. MERIS)

Qualità delle acqueda Telerilevamento

Media risoluzione(es. TM)

Alta risoluzione(es. MIVIS)

Media risoluzione(es. MERIS)

Caratterizzazione ottica delle acque del lago Trasimeno.

Ricostruzione algoritmi delle relazioni spazio temporali tra proprietà ottiche inerenti e

Elaborazione immagini2005-2006

(archivio CNR-IREA)


(da acquisire)


(archivio ARPA Umbria)

Misure in situ eanalisi di laboratorio

(campagne 2008)

Elaborazione immagini(estate 2008)


(archivio CNR-IREA)


(da acquisire)


(archivio ARPA Umbria)

Misure in situ eanalisi di laboratorio

(campagne 2008)

Elaborazione immagini(estate 2008)

parametri chimico-fisici delle acque.Mappe stagionali di distribuzione dei macrodescrittori di stato.

• Caratterizzazione ottica e valutazione della R2 R1 R3 R4R2 R1 R3 R4

• Caratterizzazione ottica e valutazione della distribuzione delle macrofite

• Formazione e divulgazione

Mesi progetto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mesi progetto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

WP-1 Elaborazione delle serie storiche satellitari

Ricerca immagini e creazione database

Elaborazione dati media risoluzione

Analisi delle serie storiche R1 R2 Analisi delle serie storiche R1 R2

WP-2 Macrofite acquatiche

Ricerca immagini e creazione database

Elaborazione immagini alta risoluzione R3

WP C lib i d li l it i lid i WP-3 Calibrazione degli algoritmi e validazione

Calibrazione dei modello bio-ottico R4

Validazione del modello

Uso del suolo


MSS TM TM ASTER ALOSClass

MSS1979

TM1988

TM1998

ASTER2003

ALOS2008

Urbano* 2.76 2.76 2.87 2.87 2.87Specchi d’acqua 39.17 39.13 39.16 38.94 39.07Campi agricoli** 34.66 34.85 33.25 32.78 30.87Terreno spoglio-improduttivo 7.25 9.05 7.03 7.50 4.91Bosco*** 16.16 14.21 17.68 17.91 22.27* provenienti da dati CORINE Land Cover del 1990 e 2000 ** provenienti dalla fusione delle classi Campi agricoli vegetati e Campi agricoli non vegetati (ad alta e bassa riflettività) *** provenienti dalla fusione delle classi di Bosco collinare e Bosco di pianura.

Uso del suolo


Una diminuzione del numero di poligoni

all’interno di una cella indica una tendenza

all’omogeneizzazione e all’aumento della dimensione media degli appezzamenti dedicati all’utilizzo agricolo, mentre un

aumento del numero di poligoni per cella indica

una tendenza viceversa alla

parcellizzazione del territorio agricolo e alla

relativa diminuzione delle dimensioni medie

degli appezzamenti.

Non emergono pattern specifici di cambiamento, se non unaprevalenza lieve nell’aumento della frammentazione agricola sullasponda sud-occidentale del lago Trasimeno.


Studio della vegetazione a canneto

0.5

0.6La risposta dei canneti

0.1

0.2

0.3

0.4

Rifle

ttanza

0.0

400 900 1400 1900 2400

Lunghezza d'onda (nm)

Foglia verde Foglia secca Infiorescenza

ATTIVITA’ DI RICERCA

•Stato di salute da misure radiometriche di campo (LAI)

•Stato di salute da immagini satellitari: Applicazione di Indici di

Vegetazione (NDVI)

•Calcolo delle dimensioni dei canneti e variazioni temporali da dati

satellitari


Canneti: Stato di salute da misure radiometriche di campo

8910M i f i l i

167

8910•Maggio: fase vegetativa molto attiva (Cannucce prive di infiorescenza)•Luglio: fase vegetativa molto intensa (Alcune Cannucce con infiorescenze)1

3

45

Cannucce con infiorescenze)•Settembre : fase vegetativa ridotta (Cannucce con infiorescenza, inizio quiescienza)

2 3


Canneti: Stato di salute da misure radiometriche di campo

Canneto RioPescia 2 maggio

All’interno dello stesso canneto, c’è una grande diversità dell’indice di area fogliare.g

22 settembre22 settembre

Valori Medi di LAI (confronto tra più Valori Medi di LAI (confronto tra più canneti non bagnati dalle acque del lago con canneti bagnati.


Canneti: Stato di salute da immagini satellitari

8-07-2007 23-06-2008

NDVI= (Rif 780nm Rif 672nm) / (Rif 780nm + Rif 672nm)NDVI= (Rif. 780nm – Rif. 672nm) / (Rif. 780nm + Rif. 672nm)


Canneti: Variazioni areali dei canneti

ASTER

Carta Uso

del Suolo*

ALOS

•Da Vegetazione, habitat di interesse comunitario, uso del Parco del Lago Trasimeno. Parco del Lago Trasimeno 15 dicembre 2005

ASTER (2003) ALOS (2008)

Parco del Lago Trasimeno, 15 dicembre 2005.

Quantificazione della formazione diQuantificazione della formazione dipiscine interne ai canneti (Oasi diPanicale): si sono persi 0.55 ha divegetazione dal 2004 al 2005g

QUICKBIRD

12

Studio delle macrofite acquatiche


Ceratophyllum demersum Chara sp Myriophyllum spicatum Najas marina

Potamogeton crispus Potamogeton lucens Potamogeton perfoliatus Potamogeton

pectinatum

ATTIVITA’ DI RICERCAATTIVITA DI RICERCA

•Caratterizzazione spettrale delle differenti specie, creazione database

•Valutazione della variabilità spettraleValutazione della variabilità spettrale

•Calcolo delle dimensioni delle praterie di macrofite acquatiche e

variazioni temporali da dati satellitaria a o te po a da dat sate ta


Caratterizzazione spettrale delle macrofite acquatiche

0.04

0.01

0.02

0.03

Rfilettanza

Macrofite emerse Macrofite sommerse

0.00

400 500 600 700 800

Lunghezza d'onda (nm)

A i di fit P t i ffi t P t iAcqua priva di macrofite Prateria affiorante Prateria sommersa

πρρλφϑ⋅⋅⋅−

=S

F

LrefLskyLwRrs );,(

0.4

0.5 P. perfolliatus P.crispus

P.pectinatum Ceratophyllum

P.lucens Miriophyllum spicatum 0.4

0.5P. perfolliatus P. lucens

Miriophyllum spicatum Najas marina

Maggio 2008 Luglio 2008

0.1

0.2

0.3

Rifl

etta

nza

[-] Chara

0.1

0.2

0.3

Rifl

etta

nza

[-] Chara

Lu(0+; l) = Upwelling 0450 500 550 600 650 700 750 800

Lunghezza donda [nm]

0450 500 550 600 650 700 750 800

Lunghezza donda [nm]

radiance above the surface [Wm-2sr-1]


Caratterizzazione spettrale delle macrofite acquatiche

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Potamogeton lucens

Najas sp ‐

0.5

0.6

0.2

0.3

0.4

0.5Najas sp.P.perfoliatus

Myriophyllum spicatum

Potamogeton 0.1

0.2

0.3

0.4

mag‐08

lug‐08

set‐08

mag‐09

Variabilità della firma spettrale in base alla specie

Variabilità della firma spettrale in base alla stagione

0.0

0.1

350 550 750 950 1150

crispus0

400

441

482

523

564

605

646

687

728

769

810

851

892

933

974

1015

1056

1097

1138

1179

alla specie

2.50E‐02

base alla stagione

1.00E‐02

1.50E‐02

2.00E‐02

5 cm

10 cm

15 cm

0.00E+00

5.00E‐03

0 3 6 9 2 5 8 1 4 7 0 3 6 9 2 5 8 1

15 cm

20 cm

400

42 44 46 49 51 53 56 584

60 630

65 67 69 72 74 76 79

Variabilità della firma spettrale in base allo spessore d’acqua sovrastante

15

Macrofite acquatiche: Variazioni areali delle macrofite acquatiche


ASTER (2003) ALOS (2008)

2000

2500

a

Copertura> 10% ha ± 2050

Copertura> 10% ha ± 1650

500

1000

1500

ASTER

Carta Uso del Suolo

ALOS

Ha

0

•Da Vegetazione, habitat di interesse comunitario, uso del Parco del Lago Trasimeno. Parco del Lago Trasimeno, 15 dicembre 2005.



MIVIS del 12-05-2009, strisciata di 13 Km di lunghezza e 4 Km.

Piattaforma aerea CASA 2121C

Quota di volo di 2200 m Risoluzione al suolo 4 m

PassignanoPassignano

Risoluzione al suolo 4 m

km0 5

Isola PolveseSan Feliciano

Castiglione del Lago

Oasi La Valle

km0 5

km0 5

Isola PolveseSan Feliciano

Castiglione del Lago

Oasi La Valle

Analisi limnologicheChl-a (µg/l) 1.5-4.3SPM (mg/l) 2.3-6.6CDOM (abs440) 0.27-0.34 -60

-40

-20

01.00E-02 2.10E-01 4.10E-01 6.10E-01 8.10E-01 1.01E+00 1.21E+00

Dep

th

Downwelling Irradiance

St4

st4bis( )Azoto nitrico (mg/l) < 0.10Ortofosfati (mg/l) <0.02Trasparenza (cm) 130-150Temperatura (°C) 21-23 -140

-120

-100

-80 st5

st5bis

st6



0.3 0.85NDVI

Acque otticamente profondePerdita rispetto al 2007 di 23 ettari di praterie

q p

Macrofite sommerse rade

Macrofite sommerse dense

Macrofite sub-emergenti

Perdita rispetto al 2007 di 23 ettari di praterie di macrofite soprattutto nelle zone in cui erano presenti associazioni vegetali quali: Najadetum marinae, Potametum pectinato-perfoliati e Charetum

Canneti fragilis

QuickBird 2004 (1m) QuickBird 2005 (1m) Alos 2008 (10m) MIVIS 2009 (4m)

Perdita di 4 ettari di canneto dal 2008 al 2009


Considerazioni generali

•Il peggioramento delle condizioni di qualità delle acque, associate alla diminuzione

i d li li t i d ll fit t li lti i i èsia degli areali a canneto sia delle macrofite sommerse osservata negli ultimi anni, è

un campanello d’allarme per la preservazione degli equilibri ecologici del lago.

•In particolare, per le aree a canneto, questa tendenza alla diminuzionep , p , q

accompagnata alla presenza di zone con problematiche a livello di stato di salute,

dovrebbe incentivare una maggiore attenzione, attraverso operazioni di tutela e

gestione di questi ecosistemi così importanti.

•I dati telerilevati mostrano inoltre come nelle zone colonizzate da macrofite

sommerse le acque appaiano mediamente meno torbide e risentano meno dellasommerse le acque appaiano mediamente meno torbide e risentano meno della

risospensione dei sedimenti. Risulta quindi fondamentale la salvaguardia di queste

importanti comunità che nel tempo sembrano regredire sia in termini di areale sia dip p g

biodiversità.

•I risultati sulle dinamiche di copertura/uso del suolo, decisamente contenute,

suggeriscono che lo stato di qualità del lago non è a scala di bacino.


Un grande ringraziamento va a Martinelli Angiolo per il coordinamento.Si ringraziano l’ESA e la NASA per le immagini MERIS e i prodotti MODISe la CGR Blom per l’immagine MIVISe la CGR-Blom per l immagine MIVIS.Si ringraziano per la collaborazione il personale del CNR-IREA:Mauro Musanti per le campagne di misura e Paolo Villa per l’analisi diUso del SuoloUso del Suolo.Si ringraziano per la collaborazione Andrea Taramelli e EmillianaValentini (ISPRA-Roma), Luca Gasperini (CNR-ISMAR Bologna),Francesco Zucca (Università di Pavia) Alessandro Oggioni (CNR-ISEFrancesco Zucca (Università di Pavia), Alessandro Oggioni (CNR ISEPallanza) Marco Bartoli (Università di Parma).

Grazie per l’attenzione

Per ulteriori informazioni:http://milano.irea.cnr.it/water/water.htmp // / /[email protected]

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